Marsin ”hämähäkit” ilmaantuvat keväisin

Marsissa on samankaltaiset vuoden aja kuin maapallolla. Vuoden pituus on vain lähes kaksinkertainen. Aivan samoin kuin Maassa, Marsissakin vaihtuvat vuodenajat tuovat mukanaan luonnonilmiöitä, joita ei muutoin voi nähdä. Maassa lumi sulaa ja vesistöt vapautuvat jääpeitteestä. Sen sijaan Marsissa ei vastaavaa tapahdu, sillä vettä siellä esiintyy lähes yksinomaan maaperään sitoutuneena jäänä, joka ei sula edes kuumimpaan kesäaikaan joitakin erikoistapauksia lukuun ottamatta.

Marsissa "hämähäkkejä". Ei tietystikään vaan kyse on kaasu- ja pölypurkauksesta Marsin pinnan peittävän hiilidioksidijään läpi. Kuva ESA CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System).

Marsissa maisemaa muuttuva aine on hiilidioksidi. Marsin talven aikana se härmistyy pinnalle jääksi, jonka paksuus voi vaihdella muutamasta sentistä jopa metriin. Kevään saapuessa osa tästä hiilidioksidista haihtuu (sublimoituu) suoraan kaasuksi, nestemäistä vaihetta tässä prosessissa ei ole.

Kaasunmuodostumista ei kuitenkaan tapahdu pelkästään jääpeitteen pinnalla, vaan myös syvemmällä. Hiilidioksidijään sisällä tai alla auringonlämpö haihduttaa hiilidioksidin kaasuksi, joka ei kuitenkaan ensivaiheessa vapaudu ilmakehään. Jääpeitteeseen syntyy kaasutaskuja, joiden paine hiljalleen kasvaa. Lopulta jääkansi antaa periksi ja kaasu pääsee purkautumaan taskusta ulos. Purkaus on niin voimakas, että se tempaa mukaansa maaperän hienojakoista pölyä, joka yleensä on merkittävästi tummempaa kuin hiilidioksidijää.

Marsin hämähäkit esiintyvät keväisin "inka-kaupungiksi" nimetyllä alueella, joissa pintakerrokseen on muodostunut geometrisiä kuvioita. Kuva ESA CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System).

Kaasupurkaus ja siihen sekoittunut pöly muodostavat useita kymmeniä metrejä korkean geysiriä mustuttavan purkauksen, josta pöly laskeutuu suhteellisen nopeasti Marsin pinnalla olevan jään päälle. Kontrastiero on suuri ja avaruudesta nähtynä pöly muodostaa tumman pisteen, joista lähtevät halkeamat jääkerroksessa muodostavat satunnaisia kuvioita. Muodostumat muistuttavat jossain määrin hämähäkkejä, joiksi niitä onkin alettu kutsua.

Oheiset kuvat on ottanut ESAn ExoMars Trace Gas Orbiterissa oleva CaSSIS (Colour and Stereo Surface Imaging System) tutkimuslaitteisto lokakuun 4. päivänä 2020.

Omituinen tähtipari

Tutkijat ovat tehneet massiivisesta tähtiparista mielenkiintoisen havainnon. Tähtiparit ovat yleensä hyvin samankaltaisia, kuten kaksoset, mutta HD 148937:ssä toinen tähti näyttää nuoremmalta ja on magneettinen. Euroopan eteläisen observatoriossa (ESO) tehdyt havainnot viittaavat siihen, että järjestelmässä oli alun perin kolme tähteä, kunnes kaksi niistä törmäsi toisiinsa ja yhdistyi. Tämä hurja tapahtuma synnytti tähtiparia ympäröivän pilven ja muutti lopullisesti järjestelmän kohtalon.

Tämä ESO:n Paranalin observatoriossa sijaitsevalla VLT Survey Telescope-kaukoputkella otettu kuva esittelee kauniin NGC 6164/6165-tähtisumun, joka tunnetaan myös nimellä Lohikäärmeen muna. Sumu on kaasu- ja pölypilvi, joka ympäröi tähtiparia nimeltään HD 148937.

Tähtitieteilijät ovat uudessa ESO:n dataa hyödyntävässä tutkimuksessa osoittaneet, että nämä kaksi tähteä eroavat toisistaan epätavallisen paljon. Toinen näyttää paljon nuoremmalta ja on toisesta poiketen magneettinen. Lisäksi tähtisumu on huomattavasti nuorempi kuin kumpikaan tähti sen sydämessä, ja se koostuu kaasuista, joita tavallisesti esiintyy syvällä tähden sisällä eikä sen ulkopuolella. Nämä johtolangat yhdessä auttoivat ratkaisemaan HD 148937 -järjestelmän mysteerin. Tähtijärjestelmässä oli todennäköisesti alun perin kolme tähteä, kunnes kaksi niistä törmäsi ja yhdistyi, jolloin syntyi uusi, suurempi ja magneettinen tähti. Tämä hurja tapahtuma synnytti myös upean tähtisumun, joka nyt ympäröi jäljellä olevia tähtiä.

Kuva: ESO/VPHAS+ team. Acknowledgement: CASU

 

"Taustatietoja lukiessani minua hämmästytti, miten erikoiselta tämä järjestelmä vaikutti", sanoi Abigail Frost, Chilessä asuva ESO:n tähtitieteilijä ja tänään Science-lehdessä julkaistun tutkimuksen pääkirjoittaja. HD 148937-järjestelmä sijaitsee noin 3 800 valovuoden päässä Maasta Kulmaviivoitin-tähdistön suunnassa. Se koostuu kahdesta tähdestä, jotka ovat paljon Aurinkoa massiivisempia (>8 M_☉), ja joita ympäröi pölystä ja kaasusta koostuva tähtisumu. "Kahta massiivista tähteä ympäröivä tähtisumu on harvinaisuus, ja se sai meidät todellakin tuntemaan, että tässä järjestelmässä on täytynyt tapahtua jotain erityistä. Kun katsoimme dataa, tämä tunne vain lisääntyi."

"Tarkan analyysin jälkeen pystyimme toteamaan, että massiivisempi tähti vaikuttaa paljon nuoremmalta kuin sen kumppanitähti, mikä ei käy järkeen, koska niiden olisi pitänyt muodostua samaan aikaan!" Frost sanoi. Toinen tähti näyttää olevan ainakin 1,5 miljoonaa vuotta toista nuorempi, ja tämä ikäero viittaa siihen, että jonkin on täytynyt nuorentaa massiivisempaa tähteä.

Palapelin toinen osa on tähtiä ympäröivä tähtisumu, eli NGC 6164/6165. Se on vain 7 500 vuotta vanha eli satoja kertoja nuorempi kuin molemmat tähdet. Sumussa on myös erittäin suuria määriä typpeä, hiiltä ja happea. Tämä on yllättävää, sillä näitä alkuaineita on yleensä syvällä tähden sisällä, ei sen ulkopuolella. On aivan kuin jokin hurja tapahtuma olisi saanut ne liikkeelle.

Selvittääkseen tätä arvoitusta tutkimusryhmä teki yhdeksän vuoden ajan havaintoja PIONIER- ja GRAVITY-instrumenteilla, jotka molemmat ovat ESO:n Very Large Telescope Interferometer, eli VLTI:ssä, joka sijaitsee Chilen Atacaman autiomaassa. He käyttivät myös ESO:n La Sillan observatoriossa sijaitsevan FEROS-instrumentin arkistodataa.

"Uskomme, että tässä järjestelmässä oli alun perin ainakin kolme tähteä. Kahden niistä täytyi olla lähellä toisiaan jossain vaiheessa kiertoratojaan, kun taas kolmas tähti oli paljon kauempana", selitti Hugues Sana, belgialaisen KU Leuvenin professori ja havaintojen päätekijä. "Kaksi sisempää tähteä yhdistyivät hurjassa prosessissa, jolloin syntyi magneettinen tähti ja ulos virtaavaa materiaa, joka synnytti tähtisumun. Kauempana oleva tähti asettui uudelle kiertoradalle juuri sulautuneen, ja nyt magneettisen tähden kanssa. Näin kaksoistähti syntyi, ja näemme sen nykyään tähtisumun keskellä."

"Sulautumisskenaario oli mielessäni jo vuonna 2017, kun tutkin Euroopan avaruusjärjestön Herschel-avaruusteleskoopilla tehtyjä tähtisumuhavaintoja", lisäsi yksi tutkimuksen kirjoittajista Laurent Mahy, joka toimii nykyisin vanhempana tutkijana Belgian kuninkaallisessa observatoriossa. "Tähtien välisen ikäeron löytäminen viittaa siihen, että tämä skenaario on uskottavin, ja sen osoittaminen oli mahdollista vain uusien ESO-havaintojen avulla."

Tämä skenaario selittää myös sen, miksi toinen järjestelmän tähdistä on magneettinen ja toinen ei. Tämä on toinen HD 148937:n erikoinen piirre, joka havaittiin VLTI-datassa.

Samalla tämä auttaa ratkaisemaan tähtitieteen pitkäaikaisen arvoituksen, eli miten massiiviset tähdet saavat magneettikenttänsä. Magneettikentät ovat yleisiä Auringon kaltaisissa pienimassaisissa tähdissä, mutta massiivisemmat tähdet eivät pysty ylläpitämään magneettikenttiä samalla tavalla. Jotkin massiiviset tähdet ovat kuitenkin magneettisia.

Tähtitieteilijät olivat jo jonkin aikaa epäilleet, että massiiviset tähdet voivat saada magneettikenttiä kahden tähden yhdistyessä. Tämä on kuitenkin ensimmäinen kerta, kun tutkijat löytävät tästä suoraa näyttöä. HD 148937:n tapauksessa sulautumisen on täytynyt tapahtua hiljattain. "Massiivisten tähtien magneettisuuden ei odoteta kestävän kovinkaan kauan tähden elinikään verrattuna, joten näyttää siltä, että olemme havainneet tämän harvinaisen tapahtuman hyvin pian sen tapahtumisen jälkeen", Frost lisäsi.

ESO:n ELT-teleskooppi (Extremely Large Telescope), jota parhaillaan rakennetaan Chilen Atacaman autiomaassa, antaa tutkijoille mahdollisuuden selvittää tarkemmin, mitä tässä tähtijärjestelmässä tapahtui paljastaen kenties vielä lisää yllätyksiä.

Lisätietoa

Tämä tutkimus on esitelty artikkelissa nimeltään “A magnetic massive star has experienced a stellar merger”, joka on julkaistu Science (www.science.org/doi/10.1126/science.adg7700) -lehdessä.

 

Toimituksen huomautus

Auringonmassaisten tähtien magneettikenttä syntyy takokliinissä, konvektiivisen kerroksen alapuolella olevassa vaihettumisvyöhykkeessä. Kliini muodostuu radiatiivisen ja konvektiivisen kerroksen väliin.

Jos tähti on Aurinkoa selvästi massiivisempi, tähden rakenne on yleensä käänteinen, eli ydinosa on konvektiivinen ja ulkokerros radiatiivinen ja myöhemmässä kehitysvaiheessa kokonaan radiatiivinen (riippuen massasta).

Radiatiivinen ulkokuori ei mahdollista merkittävän magneettikentän syntymistä. Tutkimuksen myötä kehitetyssä teoriassa tähden magneettisuus selitetään suhteellisen hiljattain tapahtuneella kahden tähden sulautumisella, jolloin tuntuu luonnolliselta, että tähden rakenne ei vielä ole asettunut luonnolliseen tilaansa ja tähdellä onkin konvektiivinen kerros uloimpana (tai riittävän lähellä ulkopintaa) ja sitä tietä magneettikentän mahdollistava takokliini kerrosten välissä. Tosin, tähti on hyvin massiivinen (>8 M_☉) joten sen ulkokuori voi olla tästäkin syystä konvektiivinen, vaikka teorian mukaan tällainen rakenne syntyy vieläkin massiivisemmilla (>12,5 M_☉) tähdillä.

 

 

Auringonpimennyksen aikana hyvin harvinainen tilanne valokuvattavaksi

Ensi maanantaina 8.4. tapahtuu täydellinen auringonpimennys, jollainen tuskin koskaan toistuu. Itse auringonpimennyksessä ei ole mitään kummallista, reilun neljänminuutin kestoltaan (täydellisen pimennyksen kesto) sijoittuu keskikastiin. Sen sijaan taivaalla täydellisen pimennysvaiheen aikana on nähtävissä hyvin paljon muuta. Valitettavasti emme pysty näkemään pimennystä täällä Suomessa, mutta puolen sataa suomalaista on Yhdysvalloissa Ursan järjestämällä pimennysmatkalla, joten ehkäpä saamme myös tuoreita terveisiä siitä mitä todella taivaalla näkyi.

Täydellisen pimennyksen reitti  on piirretty kaavioon sinisellä viivalla ja Kuun varjon muotoa kuvaavilla ellipseillä. Kuva NASA/Eclipse We Site.

Täydellinen pimennysalue kulkee Meksikosta koilliseen ylittäen Yhdysvallat ja Kanadan itärannikkoa ja päättyy Pohjois-Atlantille. Pimennys on pitkäkestoisin Meksikon pohjoisosassa ja se tapahtuu 21.17.44 Suomen aikaa.

Varsinaisesti pimennys alkaa eteläisellä Tyynellämerellä kello 16.38.44 UT aikaa Kuun varjon koskettaessa merenpintaa. Varjo siirtyy kohti koillista ja saavuttaa Meksikon rannikon hieman ennen pimennyksen pisintä kestoa, joka tapahtuu kello 18.17.13 UT aikaa. Varjon liike jatkuu tämän jälkeen Yhdysvaltojen puolelle, josta se siirtyy Kanadan rajan yli noin kello 19.20 UT. Kanadan Atlantin puoleisen rannikon varjo jättää taakseen noin kello 19.40 UT ja varjo erkaantuu jälleen merenpinnasta kello 19.55.29 UT aikaa Pohjois-Atlantilla. Islannissa on mahdollisuus havaita pimennyksen viimeisiä hetkiä auringonlaskun aikaa, jolloin noin 50 % Auringosta on peittyneenä Kuun taakse.

Kuvakaappaus Skysafari-ohjelman ruudulta, jossa näkyy runsaasti kohteita pimentyneen Auringon ympärillä. Tämä on todella harvinainen tilanne, joka tuskin koskaan tulee toistumaan. Kuva © Kari A. Kuure/SkySafari7.

Täydellisellä pimennysvyöhykkeellä on taivaalla näkyvissä myös muita kohteita. Kuun takaa loistavan koronan lisäksi siitä ylös ja oikealla pitäisi näkyä komeetta 12P/Pons-Brook, joka viimeisimpien havaintotietojen mukaan on kirkastunut paljain silmin näkyväksi. Sen vieressä vasemmalla on kirkkaana näkyvä Jupiter, jota voi käyttää kiintopisteenä komeetan etsinnässä, jos komeetan kirkkaus ei aivan silmiin pistävä olisikaan. Jupiterista hieman ylös ja vasemmalle on Uranus, jonka sinivihreä väri paljastaa planeetaksi paljain silmin katselevalle. Kiikarilla se tietysti näkyisi loistavasti, jos joku malttaisi koronan ihastelulta sitä taivaalta etsiä.

Komeettaa ja Jupiteria lähempänä Auringon koronaa on Merkurius, joka sekin pitäisi helposti näkyä paljain silmin. Auringosta oikealle ja alas on näkyvissä kirkas Venus, josta ei voi erehtyä. Edelleen samaan suuntaan mentäessä seuraavana on vuorossa Neptunus, joka kuitenkin on aivan liian himmeä näkyäkseen paljain silmin. Samaan suuntaan edetessä seuraavana ovat Saturnus ja Mars, jotka ovat hyvin lähellä toisiaan. Kaikki nämä kohteet ovat siis hyvin lähellä zeniittiä, joten paras havaintoasento on makuullaan tai ainakin puolimakaavassa asennossa esimerkiksi retkituolissa istuen.

Monipuolisen ja monikohteisen havainnoinnin ongelmaksi voi osoittautua, että havaintoaika jää vain reilun 4 minuutin mittaiseksi ja itse koronan ilmiöitäkin pitäisi ehtiä havaitsemaan ja ihastelemaan. Ratkaisun voisi tuoda valokuvaaminen ja videoiminen. Kamera raksuttelemaan kuvia peräjälkeen omia aikojaan tai videota tallentamaan tai molemmat). Neptunus saattaa näilläkin keinoin olla vaikea kohde saada kuviin, sillä kaikkien kohteiden kirkkaudet ovat hyvin erilaisia ja vaativat erilaisia valotuksia. Tarvittaneen kaksi kameraa erilaisilla valotusajoilla kuvia ottamaan. Neptunus ja Uranus ovat himmeimpiä mutta ei Marsin ja Saturnuksenkaan kirkkaudet kovin suuria ole. Aina kuitenkin kannattaisi yrittää, sillä tämä tilanne ei toistu ehkä koskaan.